道路工程锰渣路基施工关键技术探析

尹新生

（河北省交通建设监理咨询有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

随着现代化工业的快速发展，工业废弃物逐步增多，工业废弃物会对周围环境带来巨大影响，同时也会造成工业资源的严重浪费。电解锰渣是一种产量规模较大的工业废弃物，为实现对工业废弃资源的可再生利用，在新建道路工程中可以将锰渣作为填料，节省填料成本支出，加快路基工程施工进度。锰渣路基施工应做好锰渣固化处理，利用生石灰固化锰渣，控制有害物质浸出，以确保固化后的锰渣填料满足路基填料的技术要求。

1 工程概况

某拟建道路工程位于山区，平均海拔1 100m，土壤以软土为主，该地区常发生滑坡、泥石流等道路交通灾害。受地理环境条件的限制，本工程获取大规模路基填料用量的难度较大，如果从外地运输填料必然会大幅增加公路工程造价。通过调查研究工程所在地周边资源情况发现，本地区的电解锰产业发展迅速，产生大量锰渣工业废弃物，基于此，该工程决定采用锰渣作为路基填料，通过运用固化剂对锰渣进行无害化处理，以保证锰渣达到路基填料的技术要求。

2 道路工程锰渣路基施工关键技术

2.1 锰渣物理力学性能分析

2.1.1 理化性能

（1）电解锰渣与低液限黏土性能基本相同，试验检测结果如下：粒径不超过10μm的颗粒占比为57.14%；比表面积实测值为5.124m2/g；风干前、风干后的含水率实测值分别为32.4%、19.7%；锰渣比重实测值为3.01，略高于黏土；pH值为5.6，呈弱酸性。

（2）锰渣中的主要氧化物包括氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钾、氧化锰等物质，锰渣XRD衍射图谱内的主要物质为氧化硅、硫酸钙、氢氧化钙，根据特征谱线形态表明矿物结晶状态良好[1]。

（3）锰渣浸出试验结果表明，锰离子、氨氮是锰渣的主要污染物，锰离子含量为1 057.52mg/L，氨氮含量为587.04mg/L。根据工业固废评定标准，锰渣属于第二类工业固废，需经过固化处理后才能将锰渣用于路基使用。

（4）锰渣击实试验检测结果如下：最大干密度为1.71g/cm3；最佳含水率为20.1%；CBR为2.3%；水稳定性较差，不能直接用于路基填料，需采取固化工艺改良锰渣路用性能。

2.1.2 工程特性

（1）选用生石灰作为固化剂，当生石灰掺入量控制在10%时，能够将锰渣中的氨氮浓度控制在规范要求范围内，即氨氮浓度为10.47mg/L，锰离子浓度为9.014μg/L。在固化后的氨氮浸出量符合规范值要求的情况下，锰离子浓度对环境造成影响可以忽略不计。

（2）在锰渣固化过程中，含水率是重要影响因素。氨氮浓度随着含水率的增加呈现出先减后增的变化，锰渣浸出最佳含水率为25%。

（3）在锰渣击实试验中，当生石灰掺入量为10%时，锰渣最大干密度为1.61g/cm³，最佳含水率为21.8%，CBR值为68%，满足路基施工技术规范要求。

（4）在三轴压缩试验中，固化锰渣的有效应力强度为57.11kPa，内摩擦角实测值为19.82°，回弹模量为145.9～187.6MPa，渗透系数为1.29×10-5cm/s。

（5）对锰渣路基实施柱浸试验，模拟路基在20年酸雨淋溶条件下的浸出情况，判断锰渣路基对周围环境的影响。

2.1.3 实用性分析

本次研究利用室内三轴压缩试验确定锰渣材料的各项参数，采用PLAXIS软件中的Mohr-Coulomb模型研究固化锰渣路基的边坡稳定性，得出以下研究结果：

（1）锰渣固化后明显改善其工程特性，使固化材料具备较好的强度和抗变形能力，能够有效控制路基沉降与变形[2]。

（2）在分层填筑锰渣固化材料后，对试验路段路基的竖向沉降、水平位移和竖向应力进行试验检测，检测结果显示路基沉降量相对较小，施加行车荷载后的最大沉降值为101.4mm，满足相关规范要求。

（3）对固化锰渣路基的稳定性进行试验检测，采用PLAXIS软件模拟路基失稳状态下的滑动三维图像，输入相关参数，由软件自动计算出路基稳定性安全系数为1.89，符合路基结构安全性的技术规范要求。

2.2 锰渣路基施工工艺

锰渣路基的施工工艺流程如下：施工准备→地表清理→基底压实→填包边黏土→填固化锰渣→摊平→碾压夯实→封层土施工→质量验收[3]。固化后的锰渣会降低可溶性金属元素含量，氨氮含量低于标准值，但仍存在一定残留，受雨水冲刷作用，有害物质可能会渗出，对周围环境造成污染。为解决这一问题，建议在锰渣路堤施工中采用包边法，将锰渣作为路基填芯，锰渣下部铺垫沙砾层用于隔离锰渣与土体的直接接触，再用黏土包裹锰渣，避免锰渣中的微量有害物质外溢造成环境污染。

2.2.1 拌和

锰渣路基填料是锰渣与生石灰均匀拌和的产物，直接影响锰渣固化效果。在实际工程中，要根据工程具体情况选择厂拌法或路拌法。具体如下：

（1）厂拌法。锰渣厂拌法是指在锰渣库中获取原料后，在就近的拌和厂直接拌和锰渣和生石灰。在拌和前，试验检测锰渣、生石灰的含水率，要求锰渣含水率控制在23%～29%，以达到最佳的固化效果。如果锰渣含水率超过29%，则要进行晾晒，降低含水率后再实施拌和[4]。

厂拌法具备以下优缺点：在锰渣原料运输到路基填筑目的地时已经完成固化，能够减少运输途中掉落锰渣造成二次环境污染的情况；锰渣拌和无需新建施工场地，减少了锰渣堆放过程中可能造成的环境污染；厂拌锰渣混合料的颗粒分布均匀，含水率控制准确，能够为路基压实打下基础；缺点是厂拌锰渣的生产能力有限，难以满足工期较紧的路基施工要求。

（2）路拌法。路拌法是指在路基施工现场拌和锰渣，施工现场铺设隔离层，将锰渣摊铺到隔离层上，再铺设石灰格，掺灰量为10%；采用推土机推平生石灰，摊铺厚度为30～50cm，保证粒径不超过37.5mm；启动路拌机均匀拌和生石灰和锰渣。

路拌法具备以下优缺点：施工便捷，可在施工区域直接拌和填料，避免长距离运输锰渣造成沿途环境污染；路拌法会对施工区域的环境造成扬尘污染，当遇到雨天时，还会促使锰渣中的有害物质流散，导致土壤污染[5]。

2.2.2 锰渣运输

在装运锰渣的运输车上覆盖篷布，保证篷布封闭严密；锰渣运输避免出现中转现象，合理规划运输路径，确保锰渣在最短的时间内安全运输到施工区域；运输到施工现场后，将锰渣集中存放到堆料场。

2.2.3 施工前准备

（1）工地试验室对锰渣、包边黏土、固化后锰渣进行物理力学性能试验检测，判断各项试验检测结果是否达到路基填料的技术规范要求。

（2）如果锰渣的天然含水量高于最佳含水量，应在拌和前摊铺晾晒锰渣，降低锰渣的含水量。

（3）清理地表上的杂土、植物、大石块、淤泥等，集中堆放，将其作为路基回填土料或护坡绿化的种植土。

（4）合理设置排水沟，铺设路基排水设施；在边沟处开挖临时排水沟，确保施工前能够顺利排水，避免雨水囤积到施工区域影响路基施工质量。

2.2.4 隔离层铺设

施工现场的隔离层采用透水性、隔离性良好的填料，如碎石、砂砾等，砂砾碎石直径不得超过10cm，将含泥量控制在6%以内，隔离层铺设厚度为0.5m。

2.2.5 锰渣摊铺

（1）按照设计图纸规划路堤边线、护坡和盲沟，放样中桩、边桩，标识出锰渣摊铺层的厚度。用推土机铺撒锰渣，破碎大颗粒固化锰渣，最大粒径不得超过37.5mm。

（2）根据施工进度安排控制锰渣摊铺长度，尽量在当天摊铺后完成碾压，松铺系数控制在1.2～1.3，含水率控制在23%左右。当锰渣含水率较低时，采取洒水润湿措施。

2.2.6 碾压整平

（1）锰渣拌和后快速进入碾压工序，先用推土机整平锰渣填料，路拱控制在2%～4%。碾压工艺流程为：在摊铺厚度达到30cm时，采用20t压路机碾压2遍；在摊铺厚度达到40cm时，采用40t压路机碾压3遍，再采用光轮压路机碾压2遍；碾压后采用平地机对碾压后的基层精修平整。

（2）碾压施工按照由两侧向中心的顺序碾压，轮迹重叠不小于1/3，保证碾压施工无死角和遗漏处。

（3）碾压施工后检测基层压实质量，确保每层固化锰渣的压实度均达到相关规范要求。

2.2.7 生态防护边坡

（1）在山区公路施工中，要重点加强边坡稳定性控制，通过修建生态防护边坡减少水土流失现象，美化公路周围环境。锰渣中的氨氮元素在进入土壤后可以转化为植物生长所需的氮肥，植物在吸收氮元素后，能够明显降低锰渣氨氮残留对环境带来的二次污染，达到环保要求。

（2）在锰渣路基的生态防护边坡施工中采用黏土护坡，护坡每层压实度与固化锰渣压实度相同，保证护坡顺利连接路堤；护坡种植根系发达的植物，利用植物根系稳定边坡土层，减少水土流失。

（3）对高度不足3m的边坡换填种植土，种植土厚度不得小于0.3m，种植草本植物、灌木植物；对高度超过3m的边坡，设置拱形骨架防护设施，在骨架内填充种植土，种植植物。

2.2.8 养护

（1）在锰渣路基养护阶段禁止任何车辆通行，采用洒水润湿的养护工艺，在路基表层铺设薄膜，减少雨水冲刷带来的影响；在没有封层的坡面设置横坡，将薄膜覆盖到横坡上，避免氨氮、金属元素从路基中浸出排入排水设施。

（2）锰渣路基养护时间不得少于7d，如果受特殊原因影响，长时间未进入下道工序，则在锰渣路基上覆盖一层素土，碾压素土做路拱。

2.3 锰渣路基施工质量控制

2.3.1 路基压实度控制

（1）含水率控制。锰渣含水率过高会导致与生石灰反应不完全，无法使锰渣固化达到最佳状态，易出现氨氮残余超标问题。故此，要加强锰渣含水率检测工作，将含水率调控到最佳含水率1.1～1.2倍范围内。

（2）碾压控制。锰渣路基正式施工前进行碾压试验，根据试验结果确定适合的碾压设备，碾压遍数，制定碾压施工方案，为正式施工提供参考标准。

（3）锰渣质量控制。由于渣库内堆积的锰渣粒径差距较大，级配不良，存在超粒径锰渣，因此在取渣时应破碎处理大块锰渣，破碎后的锰渣再与生石灰拌和，以保证锰渣固化达到最佳效果。

（4）路堤检测。在锰渣路基施工后，采用贝克曼梁法检测路基的回弹弯沉值，判定路基承载力是否达到技术规范要求；在路基填筑完工后，对锰渣路堤进行压实度检测，保证压实度达到相关规范要求。

2.3.2 环保控制

锰渣路基施工要重点加强环境保护控制，避免锰渣施工对周围环境造成二次污染。具体控制事项包括：

（1）污水控制。在施工前，截断周围水域流向施工区域的水源，避免水源冲刷出锰渣中的残留物质造成水体、土体污染；施工现场设置临时堆渣场、污水沉淀池，对场地硬化处理，铺设油布，上方覆盖塑料布，起到隔离作用；在锰渣拌和作业环节，及时处理路面积存的污水，将其全部排入沉淀池内集中处理。

（2）大气污染控制。在锰渣与生石灰拌和过程中会产生刺激皮肤的氨气，对施工人员身体健康带来危害。所以，施工现场应在拌和设备上安装除尘吸气设备，有效吸收粉尘、氨气，同时利用氨气易溶于水的特性向空气中喷洒水雾，降低空气中氨气浓度，降低对施工人员身体健康的威胁；施工人员在作业过程中全程佩戴口罩、手套。

（3）噪声污染控制。在施工过程中合理安排施工时间，如果施工区域与居民生活区之间的距离小于50m，则不允许在夜晚10点至早上6点期间施工，避免扰民。

（4）固废污染控制。施工中，不允许随意掩埋固体废弃物，避免对周围水体、土壤造成污染。根据相关规定要求，应将锰渣、石灰集中送到指定地点进行无害化处理。

（5）毒性控制。在锰渣路堤边界处、居民饮水点处设置水质采样点，跟踪检测水质中的氨氮含量、锰离子含量，加强对锰渣路基浸出毒性的全程控制；每间隔一定距离设置观测井，长期检测水质情况，尤其在连续阴雨天气时增加取样检测频率。

3 结语

在锰渣路基正式施工前，需要对锰渣固化填料进行试验检测，确保锰渣固化填料的理化性能和工程特性均达到路基填料的相关规范要求。在锰渣路基施工中，将锰渣固化材料作为路基填芯，采用包边法进行施工，做好锰渣填料与土地的隔离措施，避免锰渣中的有害物质浸入周围环境，造成二次污染。